移動通信系統(tǒng)中的信道特性(編輯修改稿)
2025-09-14 16:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 布。實(shí)際上，并不是所有的阻擋體對信號衰減的貢獻(xiàn)都相同，距離移動臺近的貢獻(xiàn)大。而且，單個繞射體的貢獻(xiàn)不能簡單相加，因此，嚴(yán)格來說，獨(dú)立的假設(shè)并不合理。但是，當(dāng)考慮了各種建筑物的高度、空間分布和建筑方法以及樹葉等引起的衰減時，實(shí)際的分布和對數(shù)正態(tài)分布非常接近。慢衰落，除了上面所說的陰影衰落外，由于大氣參數(shù)變化引起折射率的緩慢變化還形成另一種慢衰落，經(jīng)測定，它也服從對數(shù)正態(tài)分布。所不同的是，該種慢衰落在移動臺靜止時也存在，它是隨時間的慢變化。所以，實(shí)際上的慢衰落是隨地點(diǎn)變化和時間變化的兩種衰落綜合而成的。這兩種變化相互獨(dú)立，它們的聯(lián)合概率分布的標(biāo)準(zhǔn)方差為，其中和分別是隨位置分布和時間分布的標(biāo)準(zhǔn)方差。體現(xiàn)了地形地貌對電波傳播的影響大小。陰影衰落的速度與地形地貌、用戶移動的速度有關(guān)，而與載波頻率無關(guān)。但是陰影衰落的深度卻是與載波頻率相關(guān)的，這是因?yàn)榈皖l信號比高頻信號具有更強(qiáng)的繞射能力。 快衰落概念：移動臺在移動時，接收信號除了其場強(qiáng)中值隨位置和時間發(fā)生慢衰落外，信號的振幅在數(shù)個波長以內(nèi)還有著迅速的隨機(jī)變化，其變化范圍可以達(dá)到數(shù)十分貝，這就是快衰落。這是由于電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收，實(shí)際到達(dá)接收天線處的電波除了來自發(fā)射天線的直射波外，還存在來自各種物體（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在接收天線處形成干涉場，此外，在移動通信中，還存在因移動臺的快速移動而劃過電波的波節(jié)和波腹的駐波現(xiàn)象及由于多普勒效應(yīng)而造成的相移，凡此種種原因，就使得實(shí)際移動臺接收到的場強(qiáng)在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化，使信號很不穩(wěn)定，這就是天線電波的衰落現(xiàn)象，其中隨時間急驟變化的部分（以ms計）稱為“快衰落”或短期衰落。需要指出的是；固定通信時（或移動臺靜止時通信），雖然多徑傳播仍然存在，但由于靜止，所收到的信號沒有快衰落的現(xiàn)象，只有當(dāng)有強(qiáng)烈反射的移動體經(jīng)過附近（如會反射電波的車輛或飛機(jī)等），且干擾到接收的電波時，會有短暫的快衰落。另外，在固定通信中，多徑時延擴(kuò)展也存在，只是此時它是固定數(shù)值而不是隨機(jī)變化的了，多普勒頻移則不再存在。 快衰落的定量特性216。 衰落速率和衰落深度衰落速率即信號包絡(luò)衰落的速率，它可以用信號包絡(luò)每秒以正斜率通過中值電平的次數(shù)來表示。衰落率與發(fā)射頻率、移動臺行進(jìn)速度和方向以及多徑傳播的路徑數(shù)有關(guān)。平均衰落速率可用下式來表示： 平均衰落速率＝次／秒可見，頻率越高，速度越快，衰落越快。216。 電平通過率和衰落持續(xù)時間觀察發(fā)現(xiàn)，衰落速度和衰落深度是有關(guān)系的：深度衰落發(fā)生的概率較小，淺衰落發(fā)生的概率大，為了定量的描述快衰落的這一特征，引入了電平通過率這一概念。電平通過率是指信號包絡(luò)在單位時間內(nèi)以正斜率通過某規(guī)定電平的次數(shù)。當(dāng)規(guī)定電平取為接收門限值時，則電平通過率就是單位時間內(nèi)信號包絡(luò)低于門限的次數(shù)；若規(guī)定電平為中值，則電平通過率就等于平均衰落速率。 平均衰落時間反映了信號電平在接收門限值以下的時間，對于數(shù)字通信系統(tǒng)，信號低于門限值時會導(dǎo)致誤碼，因此，平均衰落時間對于確定誤碼率有重要意義。 快衰落損耗它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動體周圍有許多散射、反射和折射體，引起信號的多徑傳輸，使到達(dá)的信號之間相互疊加，其合成信號幅度和相位隨移動臺的運(yùn)動表現(xiàn)為快速的起伏變化，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落表示接收信號的短期變化，所以又稱短期衰落(shortterm fading）。仔細(xì)劃分快衰落又可分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落。所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時間其衰落特性是不一樣的。216。 空間選擇性衰落 不同的地點(diǎn)，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。多徑信號到達(dá)天線陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度擴(kuò)展給出信號的主要能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。 空間選擇性衰落用相干距離ΔR描述， 其中λ為波長；φ為天線擴(kuò)散角。 相干距離為兩根天線上的信道響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時的最大空間距離。相干距離越短，角度擴(kuò)展越大；反之，相干距離越長，角度擴(kuò)展越小。 接收天線距離小于相關(guān)距離，信號的相關(guān)性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干距離，信號的相關(guān)性變差，信道呈空間選擇性衰落。 216。 頻率選擇性衰落 如果在時變多徑信道上發(fā)射端發(fā)射的是一個時間寬度極窄的脈沖信號（理想情況下為一個沖激），經(jīng)過多徑信道后，由于各信道時延的不同，接收端接收到的信號表現(xiàn)為一串脈沖，即接收信號的波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時延引起的信號波形的展寬稱為時延擴(kuò)展。時延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。 頻率選擇性衰落用相干帶寬描述， 其中為最大時延擴(kuò)展。 相干帶寬為信道在兩個頻移處的頻率響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時的最大頻率差。相干帶寬越小，時延擴(kuò)展越大；反之，相干帶寬越大，時延擴(kuò)展越小。 傳輸帶寬小于相干帶寬，信號的相關(guān)性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干帶寬，信號的相關(guān)性變差，信道呈頻率選擇性衰落。 216。 時間選擇性衰落 用戶的快速移動在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴(kuò)散。頻率擴(kuò)散引起時間選擇性衰落。由于移動用戶與基站的相對運(yùn)動，每個多徑波都會有一個明顯的頻率移動。由運(yùn)動引起的接收信號頻率的移動稱為多普勒頻移，它與移動用戶的運(yùn)動速度成正比。多普勒頻移公式為 其中v為移動臺的運(yùn)動速度；λ為無線電波長；θ為電波和移動臺運(yùn)動的夾角。 時間選擇性衰落用相干時間ΔT描述， 其中B為最大多普勒擴(kuò)展。 相干時間為兩個瞬時時間的信道沖激響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時的最大時間間隔。相干時間越小，多普勒頻移越大；反之，相干時間越大，多普勒頻移越小。 取樣時間間隔小于相干時間，信號的相關(guān)性很好，信道的衰落特性平坦；大于相干時間，信號的相關(guān)性變差，信道呈時間選擇性衰落?！緸槭裁凑fTD系統(tǒng)中移動終端的速度不超過120km/h】：運(yùn)動引起多普勒現(xiàn)象。目標(biāo)的運(yùn)動在時域上表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)的時延擴(kuò)展，在頻域上表現(xiàn)為一定的多普勒頻移?？紤]頻率擴(kuò)展，多普勒頻移與移動用戶的運(yùn)動速成正比，即，由于一個子幀的上行估計結(jié)果要用于下一個子幀的下行，為了避免時間選擇性衰落，需要滿足相干時間1/時，取相干時間為5ms，則120km/h因此可以計算出來。 快衰落和多徑傳播 快衰落，是指無線信號在經(jīng)過短時間或短距傳輸后其幅度快速衰落，以致大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計。這種衰落是由于同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機(jī)的信號相互干涉所引起的。這些波稱為多徑波。接收機(jī)天線將它們合成一個幅度和相位都急劇變化的信號，其變化程度取決于多徑波的強(qiáng)度、相對傳播時間，以及傳播信號的帶寬。快衰落多徑傳播無線信道的多徑性導(dǎo)致小尺度衰落效應(yīng)的產(chǎn)生。三個主要效應(yīng)表現(xiàn)為：l 經(jīng)過短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化。l 在不同多徑信號上，存在著時變的多普勒頻移引起
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